Развитие научного подхода к определению параметров безопасной эксплуатации газовых скважин и снижению рисков пескопроявлений на месторождениях со слабоцементированными коллекторами

На сегодняшний день разработка месторождений углеводородов все чаще сопровождается строительством сложных скважин, эксплуатация и наращивание которых требует применения новых технологий и решений, направленных на повышение эффективности их эксплуатационных характеристик и снижения рисков аварий. Особенно это касается коллекторов газовых месторождений арктического шельфа России, которые представлены слабосцементированными высокопроницаемыми песчаниками, обладающими низкими прочностными характеристиками. На сегодняшний день в пределах арктического шельфа РФ выявлено более 20 месторождений, которые являются ключевой перспективой расширения ресурсной базы страны. Возможности исследования механизмов разрушения стенок скважин и выноса пластового песка в промысловых условиях ограничены из-за труднодоступности призабойной зоны для средств наблюдений и измерений. Этим, помимо остального, обуславливается необходимость развития подходов к многостороннему лабораторному изучению свойств коллекторов в пластовых условиях, возникающих в окрестности скважин. Пескопроявление приводит к образованию песчаных пробок, а также выносу песка по дальнейшей технологической цепочке, что сказывается на снижении дебитов, износе внутрискважинного и наземного оборудования, существенному увеличению экономических потерь вследствие снижения производительности, затрат на ремонт скважин. Данное исследование нацелено на создание научного подхода к определению эффективных и безопасных условий эксплуатации скважин и уменьшения риска пескопроявлений путем управления напряженно-деформированным состоянием породы. Для этого на образцах пород, отобранных из коллекторов конкретных газовых месторождений, будут проведены экспериментальные исследования с использованием уникального научного оборудования, не имеющего аналогов в РФ - Испытательной системы трехосного независимого нагружения (ИСТНН), созданной в ИПМех РАН. Исследования включают: 1) физическое моделирование процессов деформирования и фильтрации в породах-коллекторах в условиях реально возникающих в окрестности скважин трехмерных полей напряжений при изменении давления на забое; 2) изучение процессов выноса песка при увеличении сжимающих нагрузок; 3) рентгеновскую компьютерную микротомографию пород для анализа внутренней структуры пород, оценки характерных размеров частиц и изучения трещинообразования. Результаты проведенных комплексных исследований позволят создать мультидисциплинарный подход к определению параметров безопасной эксплуатации скважин на месторождениях со слабоцементированными коллекторами, включающий: а) определение допустимых депрессий на забое скважин для условий конкретных месторождений с целью снижения рисков пескопроявлений; б) определение условий начала пескопроявления, его интенсивности в ходе разработки, что позволит прогнозировать характер разрушения призабойной зоны и сделать выводы об оптимальных характеристиках внутрискважинного оборудования; в) оценку размеров зерен матрицы и порового пространства, получение полной 3D картины внутренней структуры породы, анализ характера трещинообразования; г) получение широкого спектра данных для смежных исследований, в том числе для создания геомеханической модели месторождений, моделирования процессов на созданных по результатам томографии 3D структурах пород. Таким образом, новизна проекта состоит в комплексном, мультидисциплинарном подходе к изучению влияния сложного напряженно-деформированного состояния на фильтрационные и деформационные характеристики горных пород. Результаты исследования призваны внести новый вклад в понимание поведения коллекторов в условиях истинно трехмерных напряжений. Это позволит определить области рационального применения способов борьбы с выносом песка в слабосцементированных коллекторах газовых месторождений, повысит обоснованность ограничений на режимы эксплуатации скважин, что будет способствовать совершенствованию технологии добычи углеводородов.